專利名稱：限制小孔式干燥介質(zhì)及其裝置和所制造的纖維素纖維結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于穿透式空氣干燥的裝置，具體地說，涉及一種限制通過纖維素纖維結構的干燥氣流的裝置，和穿透式空氣所干燥的吸濕性初期網(wǎng)幅。
背景技術：
吸濕性的初期網(wǎng)幅是日常生活中的常用物品。吸濕性的初期網(wǎng)幅包括纖維素纖維結構、吸濕泡沫材料等。纖維素纖維結構已經(jīng)變成日常生活的一種常用物品。纖維素纖維結構可在擦面紙、衛(wèi)生紙和紙巾中找到。
在制造纖維素纖維結構時，將分散在一種液體載體中的纖維素纖維制成的一種濕態(tài)初期網(wǎng)幅，沉積在成形長網(wǎng)上。該濕態(tài)初期網(wǎng)幅可以利用幾種已知方法中的任何一種方法，或幾種方法的組合來進行干燥。每一種已知的干燥方法都會影響所得到的纖維素纖維結構的性質(zhì)。例如，干燥方法和干燥裝置可以影響所得到的纖維素纖維結構的柔軟性、厚度、拉伸強度和吸濕性。重要的一個問題是，用于干燥纖維素纖維結構的方法和裝置也影響制造該結構的速度，而這種速度是不應該受到這種干燥方法和裝置限制的。
一種干燥裝置的例子是氈帶。毛氈干燥帶常期以來用于通過使液體載體，以毛細管流動方式，流入與上述初期網(wǎng)幅接觸的一種可滲透的毛氈介質(zhì)中，而使該初期網(wǎng)幅的纖維素纖維結構脫水。然而，利用氈帶給一個纖維素纖維結構脫水，會造成要干燥的該初期網(wǎng)幅纖維素纖維結構的總體均勻壓縮和結構被壓實。
利用真空或者兩個彼此相對的壓緊滾子，有助于氈帶干燥。壓縮滾子可以最大限度地加大毛氈在纖維素纖維結構上的機械壓縮。氈帶干燥的例子在1982年5月11日授予Bolton的美國專利4329201號和1989年12月19日授予Cowan等人的美國專利4888096號中作了說明。
采用具有優(yōu)選微孔尺寸的一個多孔圓筒，通過毛細管流動，對一個纖維素纖維結構進行干燥的方法也是技術上公知的。這種利用毛細管流動進行干燥的方法的例子，在具有共同受讓人的，1985年12月3日授予Chuang等人的美國專利4556450號；1997年2月4日授予Chuang等人的美國專利5598643號；和1990年11月27日授予Jean等人的美國專利4973385號中，作了說明。這里引入這些專利供參考。
通過真空脫水而不利用氈帶的纖維素纖維結構的干燥方法，技術上也是眾所周知的。纖維素纖維結構的真空脫水，是利用真空爪塊(Vacuum shoe)和真空盒(Vacuum box)，機械地除去該纖維素纖維結構中的水分。真空使該纖維素纖維結構的一些分離的區(qū)域彎沉進入干燥帶。如具有共同受讓人的授予Trokhon的美國專利4637859中所述那樣，最好，該干燥帶為一種穿透式空氣干燥的帶，具有帶彎沉導管的樹脂制的框架。這里引入該專利供參考。在這種帶上進行真空脫水，會形成具有高密度的、基本上為連續(xù)的網(wǎng)絡，和分布在其中的許多低密度的單獨區(qū)域的多區(qū)域纖維素纖維結構。
用這種干燥帶脫水，會使纖維素纖維結構在上述兩個區(qū)域內(nèi)的水分的量不同。纖維素纖維結構不同的區(qū)域中的水分的量不同，可能限制造紙過程的生產(chǎn)率。這種限制是因為兩個區(qū)域的干燥速度不同造成的。干燥速度較慢的區(qū)域，將控制整個造紙過程的生產(chǎn)率。
在另一個干燥過程中，利用穿透式空氣干燥纖維素纖維結構的初期網(wǎng)幅已取得相當大的成功。在一個典型的穿透式空氣干燥的過程中，一條空氣可透過的多孔帶支承著要干燥的初期網(wǎng)幅?？諝馔ㄟ^該纖維素纖維結構和該可透過的多孔帶。氣流主要通過蒸發(fā)作用使該初期網(wǎng)幅干燥。與該空氣可透過的帶上的小孔重合并彎沉到這些小孔中的區(qū)域優(yōu)先得到干燥，因此所產(chǎn)生的纖維素纖維結構的厚度增加。與該空氣可透過的帶上的一些關節(jié)部分重合的區(qū)域干燥程度較少。
技術上已經(jīng)對用于穿透式空氣干燥的該空氣可透過的帶作了幾處改進和改善。例如，該空氣可透過的帶可以作成具有較大的開放區(qū)域；或者，降低該帶的透氣性。涂上一層樹脂混合物，堵塞該帶的紡紗之間的隙縫，就可以降低透氣性。該干燥帶上還可包含一些金屬顆粒，以增加其導熱性和降低其輻射率。最好，該干燥帶由包括連續(xù)網(wǎng)絡的光敏樹脂制成。該干燥帶可以專門適用于高溫氣流。這種穿透式空氣干燥技術的例子可在下列美國專利中找到1975年7月1日重新授予Cole等人的美國專利Re.28459號；1979年10月30日授予Rotar的美國專利4172910號；1981年2月24日授予Rotar等人的美國專利4251928號；1985年7月9日授予的Trokhan具有共同受讓人的美國專利4528239號；和1990年5月1日授予Todd的美國專利4921750號。
另外，技術上曾作了一些努力，在該纖維素纖維結構還是一種需要干燥的初期網(wǎng)幅時，就調(diào)節(jié)該纖維結構的干燥輪廓。這些嘗試采用干燥帶，或與Yankee罩組合的紅外線干燥器。這種成形輪廓干燥的例子在1986年4月22日授予Smith的美國專利4583302號，和1990年7月24日授予Sundovist的美國專利4942675號中進行了描述。
上述技術，即使是特別提出的穿透式空氣干燥技術，也不能解決干燥多區(qū)域纖維素纖維結構時遇到的問題。如上所述，穿透式空氣干燥的紙的不同區(qū)域的水分含量不同。通過密度或定量比第二區(qū)域小的該纖維素纖維結構的第一區(qū)域的氣流通常比通過第二區(qū)域的氣流多。這個較多的氣流是因為密度或定量較小的第一區(qū)域?qū)νㄟ^上述初期網(wǎng)幅的氣流的流動阻力，比上述第二區(qū)域?qū)饬鞯淖枇Τ杀壤販p小所造成的。這種氣流的差別不會補償該纖維素纖紡結構上不同區(qū)域的水分含量的差別，而且甚至可能加大這種差別。
當該要干燥的多個區(qū)域的纖維素纖維結構較移至Yankee干燥鼓中時，這個問題更加嚴重。在該Yankee干燥鼓上，該纖維素纖維結構只有一些確定的區(qū)域與加熱圓筒的圓周接觸。高密度或定量大的區(qū)域通常與Yankee干燥鼓接觸最緊密。這些區(qū)域的水分比低密度或定量小的區(qū)域的水分多。
從一個罩中出來的熱空氣可以引導至與上述加熱圓筒相對的該纖維素結維結構的表面上。該纖維素纖維結構表面的干燥是通過該Yankee干燥鼓罩中的氣流的對流換熱達到的。為了使該纖維素纖維結構的高密度或定量大的區(qū)域完全干燥，并防止從上述罩中出來的空氣將已經(jīng)干燥的低密度或定量小的區(qū)域烤焦或燒毀，必須降低該Yankee干燥鼓罩中的空氣溫度，和/或必需使該纖維素纖維結構在該Yankee干燥鼓罩中停留的時間增加，這就使生產(chǎn)速度放慢。另外，為了補償在該高密度或定量大的區(qū)域中的較多的水分，該纖維素纖維結構的生產(chǎn)速度必需放慢。
技術上解決這個問題的一種改進方法，在1994年1月4日授予Ensign等人的，具有共同受讓人的美國專利5274930號中作了說明，并公開了與穿透式空氣干燥的方法相結合的，利用限制性小孔對纖維素纖維結構進行干燥的方法。這里列入該專利供參考。這個專利提出的裝置，使用流動阻力比該纖維素纖維結構的各區(qū)域的纖維之間的隙縫的流動阻力大的一種微孔干燥介質(zhì)。該微孔介質(zhì)是上述穿透式空氣干燥過程中的限制小孔，因此，在干燥過程中可以獲得更均勻的水分分布。
對Ensign等人的5274930號專利中公開的裝置的進一步改進，是在1996年12月10日授予Ensign等人的，具有共同受讓人的美國專利5581906號所公開的裝置。這里也列入該專利供參考。Ensign等人在5581906號專利中公開的一種微孔干燥裝置，具有多個區(qū)域，并且可以比現(xiàn)有技術的裝置更有效地干燥纖維素纖維結構。
上述的微孔干燥裝置可以提供一種理想的介質(zhì)，該介質(zhì)可以限制通過該纖維素纖維結構的氣流，并且具有足夠的彎曲疲勞強度，以承受利用本專利提出的裝置的造紙過程所固有的循環(huán)負載。例如，該介質(zhì)可以作為一個圍繞軸線回轉(zhuǎn)的滾子的覆蓋材料。因為該滾子和介質(zhì)都轉(zhuǎn)動，該介質(zhì)的任何一部分都交替地承受正的和負的壓力負載。負載從正向負的反向循環(huán)，使該介質(zhì)承受交替應力作用。因此，該介質(zhì)必需具有適當?shù)膹澢趶姸?，以承受這個循環(huán)負載。
解決提供適當?shù)膹澢趶姸鹊膯栴}的一種方法，是簡單地將該介質(zhì)作得更結實。然而，這種解決方法又帶來其他問題。當該介質(zhì)變得更結實時，介質(zhì)通常會更厚，并且開放的區(qū)域可能更少。開放區(qū)域較少的介質(zhì)在空氣通過時產(chǎn)生的壓力降，比開放區(qū)域較多的介質(zhì)的壓力降大。最大限度地減小壓力降的好處是眾所周知的，并且在Ensign等人的5581906號專利中作了說明。另外，介質(zhì)越厚，制造越困難。
本發(fā)明的一個目的是要提供一種微孔裝置，特別是上述Ensign等人的5581906號和5274930號專利中所述的裝置使用的介質(zhì)。本發(fā)明的另一個目的是要提供一種在通過毛細管作用脫水的裝置(例如，在上述Chuang等人的4556450號專利，或上述Chuang等人的5598643號專利中所述的裝置)中使用的介質(zhì)。本發(fā)明還有一個目的是要提供一種傳統(tǒng)毛氈脫水和穿透式空氣干燥的裝置中所用的介質(zhì)。
本發(fā)明再有一個目的是要提供一種彎曲疲勞強度適當，而且空氣通過時壓力降較小的介質(zhì)。具體地說，這個目的是要提供一種空氣通過時壓力降較小的介質(zhì)。
本發(fā)明概述本發(fā)明包括大致為平面形的干燥介質(zhì)。干燥介質(zhì)包括多個面對面連接在一起的層。介質(zhì)的彎曲疲勞強度至少為25磅/英寸，并且在通過該介質(zhì)的氣流流量為800標準立方英尺/分/平方英尺下的壓力降小于70英寸水柱。
該介質(zhì)可以包括精細的第一層。該精細的第一層可以是一種編織的金屬織物。該第一層可具有一種荷蘭斜紋的編織型式。該第一層的小孔標稱尺寸為20微米或更小。在該第一層的對面是該介質(zhì)的最粗糙的層。該介質(zhì)的最粗糙的層也可以包括一塊編織的織物，或為一塊穿孔的金屬板。在該第一層和最粗糙層的中間是至少一個中間層。該中間層可以包括一種方形的編織型式。
附圖的簡要說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意性側視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)的部分切去的局部頂視平面圖。
本發(fā)明的詳細描述參見圖1，本發(fā)明包括限制小孔式穿透式空氣干燥的裝置20所用的一種微孔干燥介質(zhì)40。該裝置20和介質(zhì)40可基本上根據(jù)在上述具有共同受讓人的美國專利5274930和5581906號中所述的方法制造和進行工作。這里列入該兩個專利供參考。該裝置20可除去初期網(wǎng)幅21中的水分。該裝置20可包括一個透水的圓筒32。該微孔介質(zhì)40與透水的圓筒32外接，并最好用冷縮裝配，壓力配合，螺紋緊固件和銅焊等方法固定在該透水圓筒上。當然，該裝置20和介質(zhì)40的其他結構方式也是可以的。例如，該裝置20可以包括一個分隔的真空槽，或該介質(zhì)40可以包括一個無接頭的環(huán)帶。
支承件28(例如，穿透式空氣干燥帶)從入口滾子34至輸出滾子36，纏繞著該透水圓筒32，形成一段圓弧。這段圓弧可以細分成多個區(qū)域，這些區(qū)域中的壓力相對于周圍大氣壓力具有互不同的壓差。需要干燥的初期網(wǎng)幅21夾在該支承件28和介質(zhì)40之間。
根據(jù)本發(fā)明的微孔介質(zhì)40可以包括由多個層41-46組成的疊片。下面將討論一個有6個層41-46的介質(zhì)40，然而，應當理解，本發(fā)明不是局限于此。具有任意多個層41-46并滿足下面所討論的彎曲疲勞強度和壓力降要求的介質(zhì)，都可適用于本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)40的彎曲疲勞強度至少應為25磅/英寸，比較理想的是至少50磅/英寸，而最理想的是至少75磅/英寸。介質(zhì)的彎曲疲勞強度可按照下述方法測量。
準備一塊尺寸為1英寸寬×2英寸長的試件。該試件的長度方向相應于造紙過程中的機器運動方向。該試件在寬度方向橫過第一層41的中心作有劃線。劃線是利用頂端帶有硬質(zhì)合金的劃線器在手壓力作用下進行的。劃線線條應大約穿過該第一層41的厚度的一半。
提供一種三點彎曲試驗裝置。該裝置的夾具包括兩個在垂直方向的支承物，要試驗的試件放置在該兩個支承物上。該裝置還有一個可動的十字頭，可以在上述兩個支承物之間的一半距離的位置上作用向下的負載。該兩個支承物的寬度至少為1英寸，半徑為1/8英寸，兩個支承物之間的自由跨度為0.750英寸。
要試驗的試件放在該裝置中，其方向使該介質(zhì)的第一層41處在拉伸狀態(tài)下；并且，該試件遠離施加可變的向下負載的加載頭。該試件簡單地支承在上述兩個支承物上。上述劃線線條位于該兩個支承之間的中心?？勺兊南蛳仑撦d，在上述兩個支承物之間的中點上，正對著該劃線線條而施加在該試件上。
所加的負載是頻率為3Hz的正弦波形負載。該負載在最大負載值和該最大值的1/10的值之間循環(huán)，其R-比值為0.10。使用三個不同的最大負載值。最大負載值的大小取決于該試件在0.2％的永久變形時的彎曲強度。
在彎曲疲勞強度試驗中測量在第一負載循環(huán)作用下該試件的變形。如技術上眾所周知那樣，該變形可以用一種伸長計和千分表測量。相應的設備由明尼蘇達州的Mechanical Testing Sgstems Company of Edon Prairie制造，其出售的型號為MTS632型。在任何給定的負載循環(huán)下試件的變形為在第一負載循環(huán)下變形的兩倍時，則認為該試件失效。
0.2％永久變形時的彎曲強度，一般可按照下述的ASTMD790-92所述的方法1求出。準備一塊1×2英寸的介質(zhì)40的試件。將該試件(沒有劃線線條)裝在上述三個點式的彎曲試驗裝置中，在0.02英寸/分的十字頭速度下進行一次彎曲試驗，直至出現(xiàn)塑性變形為止。
然后，求出在0.2％永久變形下的彎曲強度。通過劃一條與該試件彎曲應力/應度曲線的線性部分平行并在橫坐標上偏離原點0.0015英寸(即為0.750英寸跨度的0.2％)的直線，即可求出0.2％永久變形時的彎曲強度。該0.2％永久變形時的彎曲強度，可從該直線與彎曲負載與變形的關系曲線的交點求出。用這個方法試驗三個試件，試驗結果的平均值就是一個0.2％永久變形時的彎曲強度數(shù)據(jù)點。
另外，還求出與0.2％永久變形時的彎曲強度的65％，85％和110％相應的值。這三個值，(即0.2％永久變形時的彎曲強度的0.60，0.85和1.10倍)可用于確定彎曲疲勞強度時的最大負載值。
如上所述，進行了三次疲勞失效試驗。每一次疲勞試驗使用上述三個最大負載值中的一個負載值，每一個負載都是0.2％永久變形時的彎曲強度的0.60，0.85和1.10的倍數(shù)。在上述三種負載中的每一種負載下對三個試件進行試驗，總共試驗了9個試件。對于每個最大的負載值，將三個數(shù)據(jù)點平均就得出一個數(shù)據(jù)點。
如技術上眾所周知那樣，所得出的三個數(shù)據(jù)點畫在表示負載與負載循環(huán)次數(shù)關系的一條半對數(shù)曲線上。彎曲疲勞強度用通過該三個數(shù)據(jù)點的該曲線的漸近線表示。該曲線的一般形式為Y＝AX-0.5+B(式中B為所述的漸近線)。該曲線的漸近線相應于所考慮的三個數(shù)據(jù)點的彎曲疲勞強度。盡管本領域的普通技術人員知道解上述方程式求B的數(shù)學方法，但用大多數(shù)工程軟件程序中很普通的任何回歸算法程序可以很容易求出該彎曲疲勞強度。華盛頓州的Microsoft Corporation of Redmond出售的Excel就是一個適當?shù)某绦颉?br> 根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)40，在干燥情況下的壓力降小于70英寸水柱，較理想的是小于50英寸水柱，最理想是小于30英寸水柱。壓力降用下述方法測量。
將介質(zhì)40的作成適當尺寸的試件，夾緊在一個試驗腔中，使該介質(zhì)40的試件的一個直徑為4英寸的部分暴露在通過的氣流中。試驗裝置包括一段7英寸長、標稱內(nèi)徑為2英寸的管子。管子的內(nèi)徑在16英寸的長度上以7°傾角擴展至4英寸的標稱內(nèi)徑。將該介質(zhì)40的試件夾緊在該裝置的4英寸標稱內(nèi)徑的部分上。在該試件40的下游，該裝置再以7°傾角從4英寸標稱內(nèi)徑收縮大批2英寸標稱內(nèi)徑。試驗裝置的這個2英寸內(nèi)徑部分是直線形的，至少有7英寸長。介質(zhì)40的放置方向是，使其第一層41面對氣流的高壓(上游)側。
通過該介質(zhì)40每平方英尺的氣流流量可達800標準立方英尺/分/平方英尺，而通過該試件的總氣流量大約為70標準立方英尺/分，該試件上的靜壓力可以用一個壓力表，兩個壓力傳感器或其他技術上已知的適當裝置測量。
表1示出多種現(xiàn)有技術的介質(zhì)與根據(jù)本發(fā)明的一種(或多種)介質(zhì)40的比較。
表1

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如果取表1中的現(xiàn)有技術I作為起點，則通過加入一塊穿孔板作為最后一層45，變成現(xiàn)有技術II，可以解決彎曲疲勞強度低的問題。然而，現(xiàn)有技術II需要在彎曲疲勞強度和壓力降之間作出均衡。當彎曲疲勞強度增加時，壓力降也增加，導致不讓人接受的工作結果。相反，現(xiàn)有技術III的壓力降合格，但彎曲疲勞強度不合格。
只有利用本發(fā)明，彎曲疲勞強度和壓力降才都合格。最好不要使用非常開放的第一層41，和開放面積較小的、較厚的穿孔板作為最后一層46來達到合格的壓力降和彎曲疲勞強度。這種實施方案可能使脫水性能或紙張支承不合格。比較現(xiàn)有技術III和本發(fā)明I顯示，加入一塊穿孔板來增加彎曲疲勞強度，也可使壓力降增加大約21英寸水柱。只有通過本發(fā)明，從現(xiàn)有技術III的4個層的介質(zhì)40，過渡到本發(fā)明的6個層的介質(zhì)40，才能在將彎曲疲勞強度增加至合格值的同時，保持壓力降恒定不變。本發(fā)明I的彎曲疲勞強度至少與現(xiàn)有技術II的彎曲疲勞強度一樣大。根據(jù)本發(fā)明，第一層41之后的幾個層42～46的組合，在以800標準立方英尺/分/平方英尺的氣流流量通過介質(zhì)40的情況下，壓力降的增加不超過5英寸水柱高度。
如上所示，介質(zhì)40包括從第一層41至最后一層46的多個層。介質(zhì)40的41-46層有三種不同的功能即作在介質(zhì)上的初期網(wǎng)幅21的支承，提供強度，和作為支承層與強度層之間的連接。連接層是必需要的，因為該第一層41很精細且容易變形，如果沒有中間層42-44作為連接層，則該第一層41可能變形，進入強度層45-46的隙縫中。這種變形會破壞第一層41和初期網(wǎng)幅21之間的液力連接關系。中間層40I一般用于保持該第一層41的大致平面形狀。
最好，各層41-46是從最精細的層41至最粗糙的層46這樣排列的。如上所述，最精細的層41提供支承。最粗糙的層46，可能還有靠近該最粗糙層46的一個或兩個層提供強度。在第一層41和強度層45-46中間的層42-44形成它們二者之間的液力學連接，并且形成在其上面的第一層41的支承。使在穿孔板46上面的介質(zhì)40的層41-45中的每一層，都能讓流體垂直流動和橫向流動是很重要的。最好，當各個層41-46構成介質(zhì)40的整體組件時，該介質(zhì)40具有這里所述的壓力降和彎曲疲勞強度性質(zhì)。
介質(zhì)40的第一層41與上述初期網(wǎng)幅21接觸。該第一層41一般是介質(zhì)40的最精細的層，其小孔或其他隙縫流動通道比要干燥的初期網(wǎng)幅21的中間隙縫細小。該第一層41的小孔的標稱尺寸為20微米或更小，較理想是15微米或更小最好是10微米或更小。小孔尺寸是從1968年3月1日公布的SAE標準ARP901推導出來的，這里引入該標準供參考。
根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)40的第一層41，可以具有荷蘭斜紋的編織型式。荷蘭斜紋編織型式可以編織成帶有許多足夠小的小孔，以便在造紙過程中，當在其上制出的紙要干燥時，可以形成流體可從中通過的一種限制性小孔。另外，荷蘭斜紋編織型式可以為毛細管式脫水方法形成尺寸足夠小的小孔。荷蘭斜紋編織型式中經(jīng)紗和緯紗在每一個方向上交替地在兩根線上和兩根線下交替通過。另外，可以預言也可以使用一種方形的編織型式，然而，這種方形型式的小孔尺寸可能不夠小。
另外，還可以使用一種寬網(wǎng)眼斜紋或一種寬網(wǎng)眼斜紋ZZ的編織型式。這些編織型式在Haver和Boecker的文章，及1987年9月8日授予Haver等人的美國專利4691744號中進行了說明。這里引入該文章和專利供參考。
介質(zhì)40的最粗糙的一層46可以是一塊穿孔板或一塊編織的金屬織物。這一層46離上述初期網(wǎng)幅21最遠。為了承受沿直徑方向作用的負載，和當介質(zhì)40用于造紙時遇到的環(huán)箍壓力，最好，該穿孔平板具有負載軌跡的連續(xù)的支承網(wǎng)絡。
對于這里所述的實施例，該最粗糙層46的厚度最好大約為0.020-0.030英寸。如果，該最粗糙層46太厚，則制造更加困難。如果該最粗糙層46使用一塊穿孔板，而該板又太薄，則不可能滿足上述的彎曲疲勞強度要求。該最粗糙層46沒有提供的一部分彎曲疲勞強度，可通過形成強度較高的中間層42～45來補償。這種結構，一般來說，并不是理想的，因為它增大了壓力降，并且可能與流體通過介質(zhì)40的流動通道發(fā)生干涉。該穿孔板的開放面積可在20％～40％范圍內(nèi)，最好在30％～37％范圍內(nèi)。
在第一(或最精細)層41與最粗糙的層46之間的各層42～45稱為中間層40I。該中間層40I最好是編織的。如果中間層40I是編織的，最好，某種特定的編織型式可在與該中間層40I的平面垂直的方向上，形成一條通過該整個中間層40I的無阻礙的流動通道(即小孔)。雖然排列成斜紋的方形編織型式也可以滿足要求，但最好該中間層40I的編織型式為方形編織型式。排列成斜紋的方形編織型式，具有方形開口，并且在對角線上，緯線在兩根經(jīng)線上面和一根或兩根經(jīng)線下面通過。
方形編織型式的經(jīng)紗和緯紗線編織成簡單的一個在一個上面或一個在下面的花紋。在簡化的情況下，該經(jīng)紗和緯紗線的直徑相同。方形編織型式的網(wǎng)眼數(shù)在兩個方向上是相同的；而在與該中間層40I的平面垂直的方向上，流動通道是直通式的。中間層40I最好采用方形編織型式，因為方形編織型式可在與中間層40I垂直和其橫向兩個方向上，使兩相的流體流動達到最好的平衡。與網(wǎng)眼數(shù)相同的方形編織型式比較，上述斜紋編織型式可以使用較大直徑的線，以獲得較大的密度和強度。荷蘭平紋編織型式，使用方形編織花紋，經(jīng)紗的直徑比緯紗的直徑大。一種相反的荷蘭平紋編織型式也是可行的，并可具有方形的編織花紋，而緯紗的直徑比經(jīng)紗的直徑大。
與現(xiàn)有技術的結構相反，最好，中間層40I不具有荷蘭平紋編織型式。諸如荷蘭斜紋，荷蘭平紋和相反的荷蘭平紋編織型式這樣一些編織型式在用于中間層40I時，會過分地限制通過介質(zhì)40的氣流。相反，平紋的方形編織型式可改善初期網(wǎng)幅21的脫水排放。排水得到改善是由于平紋編織型式有較高的突起的開放區(qū)域。如果需要的話，只要中間層40I在與介質(zhì)40垂直和它的橫向兩個方向上(即在中間層40I內(nèi))有氣流，就可以使用其他形式的編織型式。
如下所述，各層41～46可以連接在一起形成一個整體的介質(zhì)40。首先，該中間層40I單獨地用砑光機砑光?？蛇x擇的是，第一層41也可以用砑光機砑光。砑光必需充分，以便形成適當?shù)年P節(jié)區(qū)域，但又不使纖維卷曲，或過度地減小小孔的開放面積。砑光要充分，以便將各個層41-45的厚度減小至其原來厚度的65-80％。本領域的普通技術人員知道，為了形成所希望的關節(jié)區(qū)域，可以采用相當大范圍的砑光操作。為了在各個層之間形成適當?shù)目箘冸x強度，該關節(jié)區(qū)是重要的。
然后，按希望的順序，使各個層41-46互相疊加在一起。如上所述，最好(但不是必需)，這些層是從小孔尺寸最小的層41，至小孔尺寸最大的層46按次序單調(diào)排列的。
然后，將各個層41-46燒結，使每一個層與相鄰的層41-46連接起來。如技術上眾所周知的那樣，可以按照本領域普通技術人員們制造過濾器介質(zhì)所用的方法來進行燒結。該燒結工序可以制造出所述的疊片式介質(zhì)40。
本發(fā)明I下面來說明在表1中作為本發(fā)明I列出的介質(zhì)40。介質(zhì)40的各個層41-45由304L或316L型不銹鋼制成。最后一層46由304型不銹鋼制成。為了形成可限制通過該介質(zhì)40和上述吸濕性初期網(wǎng)幅21的氣流的微孔，介質(zhì)40的第一層41非常精細。該第一層41包括具有165×1400荷蘭斜紋編織型式的編織金屬網(wǎng)。該金屬網(wǎng)由直徑為0.0028英寸的經(jīng)紗線，和直徑為0.0016英寸的緯紗線制成。如上所述，方形編織型式對于第一層41不是優(yōu)選的，因此，該第一層41具有尺寸足夠小的小孔，以形成該初期網(wǎng)幅的適當?shù)闹С校c中間層適當?shù)囊毫W連接關系，及氣流通過該初期網(wǎng)幅21的限制性小孔。
介質(zhì)40的第二層42，直接在第一層41的下面。為了適當?shù)闹С械谝粚?1，該第二層42包括具有由直徑為0.0026英寸的線制成的150×150方形編織型式的編織的金屬織物。
介質(zhì)40的第三層43，直接放在第二層42的下面。該第三層43包括具有由直徑為0.0075英寸的線制成的60×60方形編織型式的編織的金屬織物。
該介質(zhì)40的第四層44，直接放在第三層43的下面。該第四層44包括具有由直徑為0.016英寸的線制成的30×30方形編織型式的編織的金屬織物。
介質(zhì)40的第五層45，直接放在第四層44的下面。該第五層45包括具有由直徑為0.028英寸的線制成的16×16方形編織型式的金屬織物。
介質(zhì)40的最粗糙的層46支承著該介質(zhì)40的剩余部分。該最粗糙的層46為一塊穿孔的金屬板。對于所述的實施例，第六層46包括一塊厚度為0.0239英寸的24號儀表鋼板，并且發(fā)現(xiàn)具有37％的開放面積時可以工作得較好。上述大約37％的開放面積是由雙向交錯排列成60°，節(jié)距為0.125英寸，直徑為0.080英寸的許多孔形成。這些孔的交錯排列軌跡，與機器運動方向平行。本領域普通技術人員知道，為了達到相等的開放面積，數(shù)目較多的較小的孔的方式通常比孔較大但孔數(shù)目較少的方式好。
在所述實施例中，介質(zhì)40的最粗糙層46是第六層46。然而，根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)40可以具有3-9個層。
或者，該最粗糙層46可以是編織的織物。如果該最粗糙層46為一塊編織織物，則它可包括由直徑為0.032英寸的線制成的12×12方形編織型式。應當理解，12×12的描述方法表示，在與線主要長度垂直的方向上每英寸有12根線，而第一方向是經(jīng)紗方向。
上述介質(zhì)40可用于干燥紙漿過濾阻力(PFR)為5-20(最好為10-11)的初期網(wǎng)幅21。紙漿過濾阻力可根據(jù)在1993年7月20日授予Vinson等人的、具有共同受讓人的美國專利5228954中所述的方法來測量。這里引入該專利供參考。
這里所用的術語“網(wǎng)幅”或“纖維素纖維結構”是指諸如紙一類的結構，它包括至少50％的纖維素纖維，其余部分為合成纖維、有機填料、無機填料、泡沫材料等。本發(fā)明所用的適當?shù)睦w維素纖維結構，可在1980年3月4日授予Trokhan的、具有共同受讓人的美國專利4191609號；1987年1月20日授予Trokhan的、具有共同受讓人的美國專利4637859號；和1993年9月14日授予Trokhan等人的、具有共同受讓人的美國專利5245025號中找到。這里引入這些專利供參考。這里所使用的網(wǎng)幅，如果能保存水或從表面上除去水，則認為該網(wǎng)幅是“吸濕性的”。
根據(jù)本發(fā)明的裝置20的除水率是是下述方法測量，即每磅纖維上除去水的磅數(shù)，除以該纖維受處理的時間。數(shù)學上，這個方法可用公式表示為除水率＝(除去的水的磅數(shù)/纖維的磅數(shù))/時間(秒)除水率是利用重力儀測量重量，和用對流干燥方法將纖維干燥至干透了的狀態(tài)下，通過測量上述初期網(wǎng)幅21進入該裝置20前，和從該裝置20出來后的粘稠性來確定的。
雖然，根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)40和裝置20，是結合利用穿透式空氣干燥方法使初期網(wǎng)幅21干燥的例子進行說明的；但這里所述和提出權利要求的本發(fā)明不是局限于此。本發(fā)明也可用于毛氈干燥或毛細管式的干燥裝置中。
權利要求
1.一種大致為平面形的干燥介質(zhì)，所述干燥介質(zhì)包括多個面對面連接在一起的層，所述介質(zhì)的彎曲疲勞強度至少為25磅/英寸，在流量為800標準立方英尺/分/平方英尺下的壓力降小于70英寸水柱。
2.如權利要求1所述的介質(zhì)，其特征在于，所述彎曲疲勞強度至少為50磅/英寸。
3.如權利要求2所述的介質(zhì)，其特征在于，所述彎曲疲勞強度至少為75磅/英寸。
4.如權利要求1、2或3所述的介質(zhì)，其特征在于，所述壓力降小于50英寸水柱。
5.如權利要求4所述的介質(zhì)，其特征在于，所述壓力降小于30英寸水柱。
6.一種大致為平面形、具有兩個相對表面的干燥介質(zhì)，所述干燥介質(zhì)包括許多個層，這些層是設置在所述介質(zhì)的一個表面上的第一層，設置在所述介質(zhì)的所述相對表面上的一個最粗糙的層，和多個在所述第一層和所述最粗糙的層中間的層，所述多個中間層中的每一個層包括具有與所述多個中間層的平面垂直的一條無阻礙的氣流通道的編織型式。
7.如權利要求6所述的介質(zhì)，其特征在于，所述多個中間層中至少有一個層包括方形編織型式。
8.如權利要求6和7所述的介質(zhì)，其特征在于，所述第一層包括荷蘭斜紋編織型式。
9.如權利要求6、7和8所述的介質(zhì)，其特征在于，所述最粗糙的層包括穿孔金屬板，并且最好所述金屬板的開放面積為20～40％。
10.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8和9所述的介質(zhì)，其特征在于，所述介質(zhì)的至少一個層上的小孔尺寸為20微米或更小，并且最好，所述小孔尺寸為20微米或更小的所述層是所述介質(zhì)的一個外層，并且在造紙過程中與初期網(wǎng)幅接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于造紙或其他吸濕性初期網(wǎng)幅的、限制小孔式穿透式空氣干燥的介質(zhì)。該介質(zhì)可用在包括有蓋和滾子的裝置中。該介質(zhì)具有較高彎曲疲勞強度和較低壓力降的獨特組合。該介質(zhì)可以包括由多個層組成的疊片。該疊片的多個中間層可編織成一種方形編織型式。該介質(zhì)也可用于其他形式的干燥方法中。
文檔編號D21F5/18GK1267345SQ98808146
公開日2000年9月20日 申請日期1998年6月12日 優(yōu)先權日1997年6月19日
發(fā)明者唐納德·E·恩賽因, 羅伯特·C·德賴西格, 小邁克爾·G·斯特爾杰斯, 威爾伯·R·奈特 申請人:普羅克特和甘保爾公司